市政污泥独立焚烧项目烟气处理工艺设计
摘要：通过污泥泥质对焚烧烟气中的主要污染物，即颗粒物、NOx、酸性气体、重金属的初始设计浓度进行分析预测，结合项目需执行的烟气排放标准，对不同污染物的去除率提出要求。针对不同污染物，考虑其特性、去除率需求和运行成本，选择最经济合理的烟气处理工艺。结合国内处于运行状态的污泥焚烧项目所采用的烟气净化工艺，提出适用于市政污泥独立焚烧项目的烟气处理工艺技术路线，为未来更多类似项目的工艺设计提供参考。
作为一种彻底的污泥减量化措施，市政污泥独立焚烧项目近年来得到了快速的发展，逐步成为国内大中型城市污泥处理的主要方式之一，目前已在上海、成都、盐城等地建成了一批代表性项目。污泥焚烧过程中的主要污染物是其在燃烧中排放的烟气，国内目前缺少针对污泥独立焚烧的相关标准，已建的污泥独立焚烧项目主要参照国家及地方垃圾焚烧的排放要求，但污泥焚烧产生的烟气污染物的特点与垃圾焚烧项目有所不同，因此针对污泥焚烧制定专门的排放标准十分必要。由于各地的环境容量、排放标准及建设标准不同，各个项目采用的烟气处理工艺也有所差异，且国内尚无针对污泥焚烧烟气处理的工艺选择指南，大多只能参考类似项目经验，因此项目设计时需从污泥焚烧中烟气污染物的特点出发，综合考虑选择适用于此类项目的烟气处理工艺。
01、污泥焚烧烟气特点
1.1 烟气中主要污染物种类
污泥焚烧烟气中的污染物主要来源于污泥自身成分。市政污泥中含有各种有机物、硫化物、氯化物等，在焚烧过程中，大部分有机物在焚烧炉高温条件下分解为CO2、水蒸气等无害物质，无法燃烧的物质、重金属的元素态及化合态物质则会以飞灰或炉渣的形式排出系统，污泥中的硫元素、氯元素、卤化物等最终以SO2、HF、HCl等酸性气体的形式进入烟气。以上各类污染物初始排放浓度可通过污泥泥质检测结果结合污泥焚烧烟气量进行预测。由于烟气中NOx的生成机理相对复杂，其初始排放浓度与焚烧炉的燃烧状态有关，难以直接通过污泥成分判断，需结合类似项目的经验进行预估。张鹏飞对国内污泥独立焚烧项目的烟气初始浓度进行了预测，其中颗粒物为25000~80000mg/m3，HCl为50~300mg/m3，SO2为2000~5000mg/m3，NOx为50~500mg/m3，重金属初始浓度需根据污泥中重金属的种类及浓度确定，以上浓度均以11%氧含量计。
由于国内项目大多在设计时未在余热锅炉出口设置在线仪表，可供参考的污染物初始浓度数据较少，建议在后续项目设计之初即考虑设置在线监测仪表，为未来的项目提供更多数据参考，并结合烟气污染物初始浓度及排放标准，合理选择烟气净化工艺，以满足烟气排放要求。
1.2 烟气污染物初始浓度设计值
污泥焚烧项目实施前期，通常需要对拟接收的污泥进行定期泥质检测，检测时间应尽量长，从而充分反映一年内各季度的泥质变化情况和各年度的泥质变化趋势。检测项目除常规的污泥含水率、干基热值、灰分外，也应对污泥进行金属和非金属元素的分析，其中污泥含水率和热值可用于指导焚烧系统热平衡计算，而灰分及各元素分析则可以用于预测烟气中主要污染物指标。
由于全国各地的污水厂进厂水质不同，导致其污泥泥质也存在一定差别。在无相关案例参考的情况下，对污泥来源相对单一的污泥焚烧项目，可结合来泥的热值情况，综合项目焚烧曲线的各边界点，对各项污染物初始浓度进行逐月分析，选取浓度最高月的数值作为初始设计排放浓度。对污泥来源较多且生产线数量较多的污泥焚烧项目，可根据项目设计的生产线数量，采用高浓度污染物同时出现在其中一条线的工况进行设计。
1.3 烟气中主要污染物排放标准
由于国内目前尚无针对污泥独立焚烧的相关排放标准，现有污泥焚烧项目大多参照其他排放标准，如《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB 18485—2014），《欧盟工业排放指令》（2010/75/EC），《欧盟垃圾焚烧烟气污染控制指令》（2000/76/EC）等。其中上海地区的独立污泥焚烧项目大多执行上海地方标准《生活垃圾焚烧大气污染物排放标准》（DB 31/768—2013），该标准在适用范围中明确“其他非废物焚烧设施和掺烧其他非危险废物的生活垃圾焚烧设施的大气污染物排放限值按本标准执行”，这说明一定程度上放宽了标准的适用范围，可以作为污泥独立焚烧项目参照该标准执行的依据。广东地区的项目大多参照深圳地方标准《生活垃圾处理设施运营规范》（SZDB/Z 233—2017）进行设计，该标准相较于国家标准和上海标准已有较大程度提高，但广东地区的项目目前大多处于设计或招标阶段，而国内目前已经建成且在运行的污泥独立焚烧项目仍未按照该项标准设计，且该标准的主要污染物指标，如颗粒物、SO2、NOx等与《欧盟工业排放指令》（2010/75/EC）和美国联邦法典第40卷第503部分《污水污泥利用和处置标准》（40 CFR Part 503）的要求仍有较大差距。由于目前国内已有近10座处于运行状态的污泥独立焚烧项目，建议对现有项目的烟气运行指标进行充分调研后逐步制定出适用于国内污泥独立焚烧项目的烟气排放标准。
02污泥焚烧烟气处理工艺选择
2.1 污染物的设计去除率
污泥焚烧烟气中重点关注的污染物种类主要有颗粒物、以SO2为代表的酸性气体、NOx、重金属等。二
